第一单元 金属材料的性能

第二章金属材料的性能项目1金属材料的分类 项目2金属材料的力学性能项目3金属物理、化学和工艺性能 项目1金属材料的分类一、材料的定义二、材料的发展史三、材料的分类人类认识和使用材料的各个阶段石器时代青铜器时代铁器时代钢铁时代人工合成材料时代

金属——由单一元素构成的具有特殊的光泽、延展性、导电性、导热性的物质，如金、银、铜、铁、锰、锌、铝等。合金——由一种金属元素与其他金属元素或非金属元素通过熔炼或其他方法合成的具有金属特性的材料。金属材料——金属及其合金的总称，即指金属元素或以金属元素为主构成的，并具有金属特性的物质。课程主要内容：1．金属材料的基本知识2．金属的性能3．金属学基础知识4．金属材料及其应用5．热处理的基本知识1．金属材料的基本知识

主要介绍金属的晶体结构及变形的相关知识。2．金属的性能主要介绍金属的力学性能和工艺性能。3．金属学基础知识

主要介绍铁碳合金的组织及铁碳合金相图。4．金属材料及其应用

主要介绍碳素钢、合金钢、铸铁、有色金属及硬质合金等金属材料的常用牌号、成分、组织、性能及用途，并介绍了国外常用金属材料的牌号和新型工程材料的相关知识。5．热处理的基本知识

主要介绍热处理的原理（钢在加热、保温、冷却时的组织转变）、热处理的工艺（退火、正火、淬火、回火、表面热处理等）及常用材料的典型热处理工艺。项目2金属材料的力学性能一、与变形相关的几个概念二、金属的变形三、金属材料的冷塑性变形与加工硬化四、强度五、塑性六、硬度七、冲击韧性八、疲劳强度一、与变形相关的几个概念

（1）静载荷———大小不变或变化过程缓慢的载荷。

（2）冲击载荷——在短时间内以较高速度作用于零件上的载荷。

（3）交变载荷——大小、方向或大小和方向随时间发生周期性变化的载荷。1．载荷

载荷——金属材料在加工及使用过程中所受的外力。根据载荷作用性质的不同分：

内力——工件或材料在受到外部载荷作用时，为保持其不变形，在材料内部产生的一种与外力相对抗的力，称为。2．内力

应力——假设作用在零件横截面上的内力大小均匀分布，单位横截面积上的内力。3．应力R：应力，Pa；F：外力，N；S：横截面面积，m2。二、金属的变形弹性变形弹－塑性变形断裂金属塑性变形的影响因素：1．晶粒位向的影响2．晶界的作用3．晶粒大小的影响

三、金属材料的冷塑性变形与加工硬化

形变强化（加工硬化）——冷塑性变形除了使晶粒的外形发生变化外，还会使晶粒内部的位错密度增加，晶格畸变加剧，从而使金属随着变形量的增加，使其强度、硬度提高，而塑性、韧性下降。塑性变形后的金属组织

金属的塑性变形，在外形变化的同时，晶粒的形状也会发生变化。通常晶粒会沿变形方向压扁或拉长。四、强度

强度——金属在静载荷作用下抵抗塑性变形或断裂的能力。其大小用应力表示。

抗拉强度——拉伸实验测定抗压强度抗剪强度抗扭强度抗弯强度

1．拉伸试样

d——试样直径

Lo——标距长度2．力－伸长曲线

弹性变形阶段屈服阶段强化阶段缩颈阶段灰铸铁的拉伸曲线3．强度指标

（1）屈服强度——当金属材料出现屈服现象时，在实验期间发生塑性变形而力不增加的应力点。屈服强度分为上屈服强度ReH和下屈服强度ReL。ReL——试样的下屈服强度，N/mm2；FeL——试样屈服时的最小载荷，N；So——试样原始横截面面积，mm2。

规定产生0.2

残余伸长时的应力为条件屈服强度Rp0.2，替代ReL，称为条件（名义）屈服强度。2．抗拉强度Rm

抗拉强度——材料在断裂前所能承受的最大的应力。Rm——抗拉强度，MPa；

Fm——试样在屈服阶段后所能抵抗的最大力（无明显屈服的材料，为试验期间的最大力），N；

So——试样原始横截面面积，mm2

。五、塑性塑性——材料受力后在断裂前产生塑性变形的能力。1．断后伸长率A

试样拉断后，标距的伸长量与原始标距之比的百分率。2．断面收缩率Z

试样拉断后，缩颈处面积变化量与原始横截面面积比值的百分率。六、硬度

硬度——材料抵抗局部变形，特别是塑性变形、压痕或划痕的能力。硬度是通过在专用的硬度试验机上实验测得的。布氏硬度试验机洛氏硬度试验机维氏硬度试验机1．布氏硬度

布氏硬度值——用球面压痕单位面积上所承受的平均压力来表示，单位为MPa，但一般均不标出，用符号HBW表示：表示方法：

布氏硬度用硬度值、硬度符号、压头直径、实验力及实验力保持时间表示。当保持时间为10～15s时可不标。例：170HBW10/1000/30：直径10mm的压头，在9807N（1000kg）的试验力作用下，保持30s时测得的布氏硬度值为170。600HBW1/30/20：直径为1mm压头，在294.2N（30kg）的实验力作用下，保持20s时测得的布氏硬度值为600。应用范围：

主要用于测定铸铁、有色金属及退火、正火、调质处理后的各种软钢等硬度较低的材料。2．洛氏硬度

洛氏硬度计表盘HR=100—洛氏硬度试验过程示意图表示方法：

符号HR前面的数字表示硬度值。HR后面的字母表示不同的洛氏硬度标尺。

例：45HRC表示用C标尺测定的洛氏硬度值为45。常用的三种洛氏硬度标尺的试验条件和适用范围

硬度标尺压头类型总测试力(N)硬度值有效范围应用举例HRC120°金刚石圆锥体1471.020～67HRC一般淬火钢HRBφ1.5875mm

硬质合金球980.725～100HRB软钢、退火钢、铜合金等HRA120°金刚石圆锥体588.460～85HRA硬质合金、表面淬火钢等七、冲击韧性

冲击韧性——金属材料抵抗冲击载荷作用而不破坏的能力。材料的冲击韧性用夏比摆锤冲击弯曲试验来测定。冲击试样

用试样所吸收的能量K的大小来作为衡量材料韧性好坏的指标，称为冲击吸收能量。用U形和V形缺口试样测得的冲击吸收能量分别用KU和KV表示。

八、疲劳强度

由于所承受的载荷为交变载荷，零件承受的应力虽低于材料的屈服强度，但经过长时间的工作后，仍会产生裂纹或突然发生断裂。金属这样的断裂现象称为疲劳断裂。金属材料抵抗交变载荷作用而不产生破坏的能力称为疲劳强度。疲劳极限用符号R－1表示。项目3金属物理、化学和工艺性能金属材料的一般加工过程

金属材料的工艺性能——金属材料对不同加工工艺方法的适应能力。它包括铸造性能、锻造性能、切削加工性能和焊接性能、热处理性能等。冶炼→铸造铸件铸锭热锻热轧→焊接机加工冷轧、冷拔、冷冲板料、棒材、型材、管材机加工机加工零件一、铸造性能二、锻压性能三、焊接性能四、切削加工性能五、热处理性能一、铸造性能

铸造成形过程中获得外形准确、内部健全铸件的能力，主要取决于金属的流动性、收缩性和偏析倾向等。

1．流动性熔融金属的流动能力。

2．收缩性铸造合金由液态凝固和冷却至室温的过程中，体积和尺寸减小的现象。

3．偏析倾向金属凝固后，内部化学成分和组织不均匀现象。二、锻压性能

用锻压成形方法得优良锻件的难易程度。常用塑性和变形抗力两个指标来综合衡量。三、焊接性能

金属材料对焊接加工的适应性，也就是在一定焊接工艺条件下，获得优质焊接接头的难易程度。对碳钢和低合金钢而言，焊接性能主要与其化学成分有关（其中碳的影响最大）。四、切